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Thèse de doctorat (H/F) - Etude physico-chimique par MET/RMN de la réactivité des argiles calcinées

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : vendredi 15 juillet 2022

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Informations générales

Référence : UMR6502-ANNGAI-002
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : vendredi 24 juin 2022
Nom du responsable scientifique : Anne-Claire GAILLOT
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Contexte :
Dans le cadre de la politique d'économie des ressources naturelles, les industriels du secteur génie civil et de la construction cherchent à développer de nouveaux ciments en valorisant notamment les déchets industriels (comme les laitiers d'aciéries ou les cendres volantes) et produits miniers. Afin de réduire l'impact carbone, l'industrie cimentière cherche en particulier à remplacer le ciment Portland, qui présente les meilleures performances mécaniques, par d'autres matériaux de la famille des alumino-silicates, comme les argiles. Les minéraux argileux constituent en effet une ressource abondante et peu chère qui en font un candidat très prometteur comme additif dans les ciments en substitution du traditionnel clinker.
Si diverses études ont été réalisées pour mettre au point de nouvelles formulations de ciment hydride bas carbone, à base d'argiles calcinées traitées à la chaux, l'optimisation de celles-ci pour atteindre les meilleures propriétés mécaniques passent par la compréhension des mécanismes physico-chimiques mis en jeu lors de la calcination de ces argiles.

Sujet :
Le travail proposé dans le cadre de cette thèse vise à étudier les réactions physico-chimiques mises en jeu lors de la calcination d'argiles, à l'aide de techniques de caractérisation multi-échelle. Il comprendra une partie de traitement chimique de plusieurs argiles types (pures ou en mélange) telles que la palygorskite, la smectite ou la kaolinite, dans diverses conditions chimiques et de température. Les matériaux dans leur état pristine et après traitements seront ensuite caractérisés par diffraction des rayons X sur poudre, pour un suivi quantitatif de la nature des phases présentes, et par microscopie électronique à balayage (MEB) et en transmission (MET) pour étudier les modifications morphologiques des phases argileuses. Des mesures complémentaires de granulométrie et de surfaces spécifiques par BET permettront un suivi de l'évolution de la taille de ces phases. L'imagerie champ sombre grand angle en mode balayage (STEM-HAADF) couplée à la cartographie chimique par spectroscopie d'émission X (STEM-EDX) sera ensuite mise en œuvre pour comprendre la réactivité des différentes phases argileuses en présence, et les processus de dissolution-recristallisation qui interviennent lors de la calcination, et qui sont responsables de la réactivité pouzzolanique de ces matériaux calcinés. Enfin, les modifications de la coordinence de l'élément aluminium (passant de VI à V puis IV), qui sont pressenties pour être un des points-clés de cette réactivité, seront suivies par résonance magnétique nucléaire (RMN du solide) qui est une technique centrale pour suivre cette transformation. En revanche, l'information obtenue par RMN reste moyennée sur l'ensemble des phases argileuses présentes. Une partie importante du travail de thèse consistera donc à développer l'analyse par spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) au seuil L ou K de l'aluminium pour déterminer l'environnement chimique de l'aluminium à l'échelle de la particule argileuse, afin de mieux identifier la nature des phases réactives et leur degré de réactivité.

Profil :
Le (la) candidat(e), titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un Master 2, devra avoir une formation solide et variée dans le domaine des matériaux ou géomatériaux, avec des connaissances approfondies de la cristallographie et des techniques de caractérisations physico-chimiques telles que les microscopies électroniques et la diffraction des rayons X, être curieux(se) et capable de s'investir dans un sujet exploratoire.

Contexte de travail

Directeur de thèse : Dimitri DENEELE
Encadrante principale : Anne-Claire GAILLOT
Ecole doctorale de rattachement : ED-3M (Matière, Molécule et Matériaux)

Ce travail se déroulera à l'Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN - ~200 personnes), sur le Campus Lombarderie (Arrêt Michelet - Tram Ligne 2), au sein de l'équipe Ingénierie de Matériaux et Métallurgie (ID2M).
Site web : https://www.cnrs-imn.fr/

Le (la) candidat(e) aura l'opportunité de travailler sur des instruments dernière génération tels que le MET Themis-Z FEG corrigé sonde et monochromaté équipé d'un spectromètre EELS et d'une caméra ultra-sensible à détection d'électrons, ainsi que de nombreuses autres techniques de caractérisation des solides (RMN du solide, MEB, DRX, BET, granulométrie laser, ATG, etc). Il/elle travaillera en interaction avec les membres de l'équipe ID2M et les ingénieurs en charge des techniques de caractérisation, et bénéficiera de l'ambiance conviviale entretenue par l'association SYRA des étudiants du laboratoire.

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